一种电气化铁路牵引供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电气化铁路牵引供电系统，属于电气化铁路牵引供电技术领域。它能有效地减少分相。包括牵引变电所SS、接触网T和钢轨R，其中，接触网T和钢轨R构成直供牵引网，牵引变电所SS通过牵引母线TB给牵引电缆TC供电,通过负馈母线NB给负馈电缆NC供电；在分段所Si中，牵引电缆TC与接触网T分别经开关K在分段母线一W1上并联并分段，负馈电缆NC与负馈线F分别经开关K在分段母线二W2上并联并分段。牵引电缆TC末端可以串联直供牵引网。牵引电缆TC和负馈电缆NC末端可以串联AT牵引网。供电能力和电压水平主要由电缆决定，本发明专利技术供电能力强，供电距离长且分相少，既适用于既有线改造，也适用于新线建设。主要用于电气化铁路牵引供电。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路牵引供电系统
本专利技术涉及电气化铁路牵引供电
，特别涉及干线铁路的工频单相牵引供电技术。
技术介绍
单相牵引供电系统所具有的结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，决定了电气化铁路上普遍采用取自公用电网的工频单相交流电为列车(牵引负荷)供电。为使单相的牵引负荷在三相公用电网中尽可能平均分配，电气化铁路采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器分割，形成电分相，也称分相。电气化铁路的分相通常设在牵引变电所出口两个供电臂的连接处和两个牵引变电所之间的分区所处，或者说，通常情况下平均每个牵引变电所所辖范围内有两个分相。随着列车速度的不断升高，在司机无法手动进行退级、关辅助机组、分主断路器，靠列车惯性驶过中性段，再合主断路器、合辅助机组、进级恢复牵引功率来完成过分相的情况下，为防止电力机车带电通过分相时发生燃弧，而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故，人们开发了自动过分相技术。自动过分相技术主要有地面开关自动切换过分相、车载自动过分相以及柱上开关自动过分相等几种，但无论那一种自动过分相，都将造成供电断点，影响列车牵引功率的持续发挥，同时，存在列车过分相时开关切换造成的暂态电气过程，易产生较大的操作过电压或过电流，可能导致牵引网与车载设备烧损等事故，影响供电可靠性和列车安全运行，另外，分相又有机械上的弱点，因此，分相仍然是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，是高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电可靠性的瓶颈。消除分相不良影响的根本举措是取消分相。显然，在一条线路长度给定的情况下，最大限度地延长供电距离，即延长供电臂长度，如把目前电气化铁路二十几公里的供电臂延长到七八十公里乃至100公里以上，可以最大限度地减少分相，从而最大限度地避免分相带来的安全隐患。最大限度地延长供电臂长度还有利于实现缺电或无电地区的铁路电气化，如青藏高原的川藏铁路、滇藏铁路等。随着材料科学和制造技术的进步，电力电缆成本显著下降，这为本专利技术的实施奠定了经济基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电气化铁路牵引供电系统，它能有效地延长供电臂，减少分相。本专利技术解决其技术问题所采的技术方案为：一种电气化铁路牵引供电系统，包括牵引变电所SS、接触网T、钢轨R，列车L在接触网T与钢轨R之间受电，其中，接触网T和钢轨R构成直供牵引网，牵引变电所SS通过牵引母线TB给牵引电缆TC供电,牵引变电所SS通过负馈母线NB给负馈电缆NC供电；在分段所Si中，牵引电缆TC与接触网T通过分段母线W相并联，负馈电缆NC与负馈线F通过分段母线W相并联，同时通过开关K实现牵引电缆TC、负馈电缆NC、接触网T及负馈线F的分段。在此基础上，可以发展到AT牵引网：自耦变ATi与接触网T、负馈线F构成AT牵引网，自耦变ATi设置在分段所Si中，牵引变电所SS通过牵引母线TB给牵引电缆TC供电，通过牵引母线NB给负馈电缆NC供电，在分段所Si中，牵引电缆TC与接触网T通过分段母线W相并联，负馈电缆NC与负馈线F通过分段母线W相并联，牵引电缆TC与接触网T通过开关K实现分段；对于新建线路，负馈电缆NC可以取代负馈线F，即省去AT牵引网的负馈线F，而对于既有AT牵引网的改造时则可保留负馈线F。另外，本专利技术可以在牵引电缆TC末端串联直供牵引网，或者在牵引电缆TC和负馈电缆NC末端串联AT牵引网，以减少电缆用量，节约投资，进一步延长供电距离，提高性价比。牵引电缆TC和负馈电缆NC宜采用单芯电缆；牵引电缆TC和负馈电缆NC尽可能紧密布置，可以与接触网T同杆连续架设于田野侧，或沿铁路敷设于电缆沟内，无需额外占用走廊。由于电缆相比架空线供电能力更强，供电距离更长，可以减少铁路与公用电网接口，节省外部电源投资，也便于日常管理。为了增强供电可靠性，可以考虑电缆的100％备用方式，或者n路工作+m路备用，或者n路工作电缆和m路备用电缆并联工作，只在检修或故障时，退出一路或一路中的故障部分。本专利技术的工作原理是：供电回路的波阻抗随着分布电容增大而减小，随着分布电抗增大而增大。由于电缆绝缘材料的相对介电常数高，可达4～5，电缆回路布置紧密，分布电容大大增加，而电缆回路布置紧密还使其互感增加，甚至趋近自感，当回路电流大小相同、方向相反时，等效分布感抗大大降低，因此电缆的波阻抗远小于架空线，一般约为架空线的1/7，同时由于自然功率与波阻抗成反比，因此电缆的输电能力相当于相同电压等级架空线或接触网的7倍。计算表明，25kV同轴电缆的自然功率为25kV接触网的8.49倍，供电距离也同比例延长。牵引电缆TC--钢轨R回路与直供牵引网(接触网T--钢轨R回路)的电流分配与其回路阻抗成反比。牵引电缆TC--钢轨R回路可以分解为两个导线--地回路，其中牵引电缆TC--地回路由于电缆绝缘材料的相对介电常数高于绝缘介质为空气的钢轨R--低回路(可达4～5倍)而使其分布电容较大，牵引电缆TC--地回路与钢轨R--低回路的互感也有一定的抵消自感的作用，因此牵引电缆TC--钢轨R回路的阻抗比直供牵引网的阻抗小些，而分配的电流就多一些。进一步，若将列车所在最近的2个分段所Si及其之间的直供牵引网称为短回路，短回路到牵引变电所SS的牵引电缆及其并联的直供牵引网称为长回路，那么，短回路主要承担该回路的列车负荷，长回路则承担全部列车负荷，其中长回路的牵引电缆将多担负一些供电任务，长回路的直供牵引网就少担负一些供电任务。总之，牵引电缆TC--钢轨R回路使得长回路的供电能力更强，供电距离更长。对于牵引电缆TC--负馈电缆NC回路而言，不仅由于电缆绝缘材料的相对介电常数高，可达4～5，电缆回路布置紧密，分布电容大大增加，还因电缆回路布置紧密使其互感增加，甚至趋近自感，且两回路电流大小相同、方向相反，等效分布感抗大大降低，其阻抗接近其电阻，比上述的牵引电缆TC--钢轨R回路的阻抗小得多，也比AT牵引网的阻抗小得多。牵引电缆TC--负馈电缆NC回路与AT牵引网并联时，牵引电缆TC--负馈电缆NC回路分配的电流就多得多，同时，其供电能力强得多，供电距离长得多。同理，牵引电缆TC--负馈电缆NC回路的阻抗比AT牵引网的阻抗小得多，分配的电流就多得多，供电能力强得多，供电距离长得多。若将列车所在最近的两个ATi及其之间的AT牵引网称为短回路(亦称AT段)，短回路到牵引变电所SS的电缆及其并联的AT牵引网称为长回路，那么，除了短回路承担该列车负荷外，长回路的电缆将担负主要供电任务，而长回路的AT牵引网只担负很少的供电任务。即是说，AT牵引网主要负责本段(AT段)列车L的供电，长回路的电缆主要负责整个系统的供电。牵引电缆TC和负馈电缆NC与AT牵引网相并联的技术方案更适用于既有AT牵引网的改造，而对于新建铁路，为了节约投资，可以简化系统，省去负馈线F，其原理不变，所不同的是，原来负馈线F的负荷(电流)将由负馈电缆NC承担。考虑到牵引变电所对电缆(牵引电缆TC和负馈电缆NC)实施单边供电具有首端(靠近牵引变电所的一端)电流大、末端电流小的特点，则靠近首端的电缆截面要相对大，靠近末端的电缆截面要相对小。当采用标准截面电缆时，靠近首端的电缆根数要相对多，靠近末端的电缆根数要相对少。这样，靠近首端的电缆的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气化铁路牵引供电系统，包括牵引变电所SS、接触网T和钢轨R，列车L在接触网T与钢轨R之间受电，其中，接触网T和钢轨R构成直供牵引网，接触网T、负馈线F、自耦变ATi、钢轨R构成AT牵引网,其特征在于:牵引变电所SS通过牵引母线TB给牵引电缆TC供电,牵引变电所SS通过负馈母线NB给负馈电缆NC供电；在分段所Si中，牵引电缆TC与接触网T分别经开关K在分段母线一W1上并联并分段，负馈电缆NC与负馈线F分别经开关K在分段母线二W2上并联并分段。

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路牵引供电系统，包括牵引变电所SS、接触网T和钢轨R，列车L在接触网T与钢轨R之间受电，其中，接触网T和钢轨R构成直供牵引网，接触网T、负馈线F、自耦变ATi、钢轨R构成AT牵引网,其特征在于:牵引变电所SS通过牵引母线TB给牵引电缆TC供电,牵引变电所SS通过负馈母线NB给负馈电缆NC供电；在分段所Si中，牵引电缆TC与接触网T分别经开关K在分段母线一W1上并联并分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李群湛，易东，王保国，解绍锋，王祖峰，郭锴，李强，景德炎，贺建闽，邓琴，李亚楠，刘再民，李志锋，刘炜，陈民武，张丽艳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51